Röntgentechnik

Einsatzgebiete und Verfahren der Röntgentechnik

Industrielle Röntgentechnik

Was ist industrielle Röntgentechnik?

Industrielle Röntgentechnik ist eine zerstörungsfreie Prüfmethode, mit der sich im Materialinneren verborgene Strukturen beliebig komplexer Objekte aus zahlreichen Werkstoffen mit hoher qualitativer wie quantitativer Genauigkeit erfassen und charakterisieren lassen. Mittlerweile ist die Röntgenprüfung inline-fähig, sodass Röntgeninspektionssysteme auch im Produktionstakt eingesetzt werden können.
 

Wie funktioniert industrielle Röntgentechnik?

Genutzt wird die Eigenschaft von elektromagnetischer Strahlung, im Energiebereich zwischen 5 keV und 10 MeV feste (oder flüssige) Materialien durchdringen zu können und dabei in bekannter Art und Weise abgeschwächt zu werden.
 

Die wichtigsten Verfahren der Röntgentechnik   

Digitale Radioskopie

Bei der Radioskopie emittiert eine Röntgenquelle Röntgenstrahlung, die Objekte durchdringen kann. Die Strahlung wird dabei in Abhängigkeit vom Material des Prüfobjekts (Dichte, Absorption) und der im Prüfobjekt zurückgelegten Wegstrecke, z. B. dessen Wandstärke, abgeschwächt. Auf der gegenüberliegenden Seite der Quelle sammelt ein Detektor die einfallende Strahlung ein und erzeugt ein Schattenbild. Der Grauwert eines Bildpunkts im Schattenbild ist bei bekannten Materialeigenschaften somit ein Maß für die Wandstärke, die der Röntgenstrahl auf dem Weg von der Röntgenquelle zu diesem Pixel durchdrungen hat. Defekte zeichnen sich durch eine im Vergleich zur direkten Umgebung unterschiedliche Absorption ab.

3D-Computertomographie

Im Unterschied zur Radioskopie werden bei der 3D-Computertomographie mehrere Röntgenbilder desselben Objekts aus unterschiedlichen Richtungen, sogenannte Projektionen, erzeugt. Anders als bei CT-Geräten im medizinischen Bereich wird das Objekt bei industriellen CT-Systemen häufig auf einem Drehteller fixiert und zwischen Röntgenröhre und Detektor platziert. Während der Rotation des Objekts um die eigene Achse werden die Projektionen aufgenommen. Virtuell betrachtet, bewegen sich somit Röhre und Detektor auf einer Kreisbahn um das Objekt.

(Computer-)Laminographie

Sind die zu prüfenden Objekte sehr groß, fest in Apparaten verbaut und/oder nicht von allen Seiten zugänglich, können laminographische Verfahren eingesetzt werden. Das Grundprinzip der Laminographie besteht darin, dass das flächige oder fest eingebaute Prüfobjekt unter verschiedenen Winkeln, aber grundsätzlich nur von einer Seite aus, durchstrahlt wird. Dabei werden zwei der drei Komponenten der Anordnung Röntgenröhre, Objekt und Detektor koordiniert bewegt

Zerstörungsfreie Prüfung mit industrieller Röntgentechnik

Die Qualitätssicherung ist mittlerweile zu einem unverzichtbaren Bestandteil des industriellen Produktionsprozesses geworden. Im Rahmen von Null-Fehler-Konzepten wird eine 100-Prozent-Inspektion in der Produktion angestrebt. Oft lässt eine visuelle Oberflächenprüfung jedoch keine ausreichenden Rückschlüsse auf die Qualität eines Werkstücks zu. Verdeckte Fehlstellen wie Lunker, Poren oder mangelhafte Fügeverbindungen sind äußerlich kaum erkennbar, können sich jedoch erheblich qualitätsmindernd und sicherheitskritisch auswirken.

Zunehmend an Bedeutung gewinnen daher zerstörungsfreie Prüfverfahren wie röntgenbasierte Inspektionsverfahren, mit deren Hilfe sich im Materialinneren verborgene Strukturen beliebig komplexer Objekte aus fast allen Werkstoffen mit hoher Genauigkeit zerstörungfrei erfassen und charakterisieren lassen. Durch das bildgebende Funktionsprinzip können viele bewährte Verfahren der klassischen Bildverarbeitung für eine automatische Fehlererkennung adaptiert werden.

Anwendungsspektrum und mögliche Materialien

Breites Anwendungsspektrum

  • Nano-CT für sehr kleine Prüfobjekte mit sehr hoher Auflösung, z.B. zur Analyse von Schäumen in der Materialwissenschaft
  • Sub-µ-CT für Proben mit einigen Millimeter Größe, z.B. Faserverbundwerkstoffe
  • Mikro-CT für Objekte bis ca. 40 cm Größe, z.B. Elektronikkomponenten
  • Makro-CT für Objekte bis mehrere Dezimeter Größe, z.B. Aluminiumräder oder Motorblöcke
  • Hochenergie-CT für Objekte bis zu mehreren Metern Größe, z.B. Flugzeugteile oder Windkraftrotorblätter (XXL-CT)

Materialien

  • Objekte aus (Leicht-) Metall, Keramik, Kunststoff oder Holz
  • Leichtbaukomponenten (Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbünde) aus den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Windkraft oder Automobilbau
  • elektronische Flachbaugruppen, Leiterplatten, Solarzellen
  • Metall- oder Keramikschäume, Sintermaterial, Beton
  • biologische, mineralogische, geologische Proben

 

 

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Mögliche Einsatzgebiete der industriellen Röntgentechnik

3D-Volumenrekonstruktion

mit allen innenliegenden Strukturen, Visualisierung der Geometrie und Lagebestimmung von Defekten z.B. für Faserverbünde: Charakterisierung, Faserverteilung und Ausrichtung

Defekte im
Materialinneren

wie Lunker, Risse, Fehlstellen, Fremdkörper erkennen, lokalisieren und bewerten

Schichtweise
Untersuchung großer flächiger Bauteile

z.B. für Bauteile aus CFK oder GFK aus den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Windkraft oder Automobilbau oder aus dem Bereich Elektronik (elektronische Flachbaugruppen, Leiterplatten; Solarzellen)

Computertomographie als Messmittel

dimensionelles Messen als Alternative zur klassischen Koordinatenmesstechnik und für Rapid Prototyping und Reverse Engineering

Mikrostruktur-Analyse

zur Gewinnung von Informationen über die räumliche Mikrostruktur von Werkstoffen mit Röntgen-CT entstandenen Volumenbildern, z.B. bei Metall- oder Keramikschäumen, Sintermaterial, Beton usw.

 

Weitere Einsatzbereiche

  • Quantitative CT als Messinstrument für physikalische Materialeigenschaften
  • Ausschussfreie Produktion durch Produktionsmonitoring

Realisierte Projekte zur Röntgentechnik